Journal of Watershed Engineering and Management, 2010, 2(2):83-93.

Assessing hydrological effects of Jafar-Abad watershed management project in the Golestan Province using HEC-HMS model

R. Mostafazadeh, M.Sc student Dept. of Watershed Management, Gorgan University of Agricultural Sciences & Natural Resources,

A. Sadoddin, Assistant Prof., Dept. of Watershed Management, Gorgan University of Agricultural Sciences & Natural Resources,

A. Bahremand, Assistant Prof., Dept. of Watershed Management, Gorgan University of Agricultural Sciences & Natural Resources,

V.B. Sheikh, Assistant Prof., Dept. of Watershed Management, Gorgan University of Agricultural Sciences & Natural Resources,

H. Nazarnejad, Ph.D student of Watershed management, Sari Agricultural Sciences & Natural Resources University and Academic staff of Urmia University Dept. of Natural Resources

Abstract Assessment of flood control projects in the same conditions is essential in order to improve decision making

that assist us in watershed management purposes. Focus of this study is on assessing hydrological effects of the

Jafar-Abad watershed management project. The study area (109 km2) located in north of Iran in the Golestan Province. Paired t-tests were performed for Indicators of Hydrologic Alteration (IHA) in Taghi-Abad gaging

station, located in the outlet of the catchment before and after construction of 58 check dams. HEC-HMS model was calibrated using 12 storm events and validated for study area. Calibrated HEC-HMS model was applied to

rainfall-runoff modeling in sub-catchments and Level-pool method used for reservoir elements. Design flood hydrographs for 2-100 year return periods were simulated for both before and after checkdams construction

periods. To predict the potential impacts of implementing watershed management project on flood properties, some indices including: peak flow, time to peak, time base and flood volume were chosen and then were

quantified for each condition at different return periods. The results of statistical analysis for observed hydrographs indicate that existing flood control measures had no significant impact on the hydrologic

characteristics measured by IHA in 95% confidence level. The results indicate that structures constructed in this watershed do not have important effect on IHAs and the amount of these effects was less than 1.5 percent in all

cases. Also, with increasing in return period, the effects of structures on peak discharge and flood volume were reduced.

Key words: Performance evaluation, Flood control, Indices of hydrological evaluation, HEC-HMS model, The Jafar-Abad watershed.

آبخیز مدیریتومهندسی مجله

83 1389، 2ره ، شما2جلد

هیدرولوژیک طرح آبخیزداري جعفرآباد استان اثراتارزیابی HEC-HMSگلستان با استفاده از مدل

دانشگاه علوم کشاورزي و منابع طبیعی گرگاندانشکده مرتع و آبخیزداري، ،دانشجوي کارشناسی ارشد، 1زاده رئوف مصطفی

وم کشاورزي و منابع طبیعی گرگاندانشگاه عل دانشکده مرتع و آبخیزداري،استادیار امیر سعدالدین، دانشگاه علوم کشاورزي و منابع طبیعی گرگان دانشکده مرتع و آبخیزداري،استادیار مند، عبدالرضا بهره

دانشگاه علوم کشاورزي و منابع طبیعی گرگان دانشکده مرتع و آبخیزداري،استادیار ،واحدبردي شیخ دانشگاه ارومیه،دانشکده منابع طبیعی مربی ،حبیب نظرنژاد

16/01/1389: پذیرش مقاله19/07/1388: دریافت مقاله

چکیده

گیري صحیح در اجراي بهینه یمها و تصم منظور تجزیه و تحلیل اثرات آن بهکنترل سیلهاي یابی کمی پروژهارزتواند کمک موثري در نیل به اهداف مختلف زیابی مینتایج ار. باشد ها در شرایط مشابه، ضروري می گونه طرح این

این تحقیق با هدف ارزیابی تاثیر سدهاي اصالحی . هاي آبخیزداري از جمله کنترل سیل کمک باشد مترتب بر فعالیت در استان گلستان از دیدگاه هیدرولوژیک مربع کیلومتر109با مساحت نگی اجرا شده در آبخیز جعفرآباد س توري

مقایسه پارامترهاي هیدرولوژیکی جریان در زمان قبل و بعد از احداث سدهاي اصالحی با استفاده . فته استصورت گرهاي مشاهداتی، واسنجی و با داده،HEC-HMSمدل هیدرولوژي به این منظور . جفتی، صورت گرفت از آزمون تی

روش پال و روندیابی جریان در مخازن کوچک با اه ناب در زیرحوزه روا-یند بارشآسازي فر شبیهبعد از . دشاعتباریابی قبل و بعد از عملیات آبخیزداري در وضعیت ساله 100 تا 2هاي متفاوت هیدروگراف سیل با دوره بازگشت،اصالح شده

و ابی تاثیر هیدرولوژیک تعیینمعیارهاي دبی اوج، زمان تا اوج، زمان پایه و حجم سیالب براي ارزی. دشسازي شبیهداري در نتایج مقایسه آماري تفاوت معنی. هاي مختلف، محاسبه شد ها در دو وضعیت مذکور با دوره بازگشت ادیر آنمق

)05.0( درصد95سطح بر اساس نتایج، درصد تغییر . ها را نشان نداد ، در دو دوره قبل و بعد از احداث سازه درصد بوده 5/1تر از هاي متفاوت کم ها در دوره بازگشت ها بر کلیه معیار همعیارهاي ارزیابی نشان داد که تاثیر ساز

و ی اوج و حجم سیالب کاهش یافتهها بر کاهش دب از طرفی با افزایش دوره بازگشت سیالب، تاثیر سازه. است . است ساله بوده15 تا 2هاي پایین ها بر معیارهاي هیدرولوژیک در دوره بازگشت ترین تاثیر سازه بیش

لکنترل سیفعالیت آبخیزداري، ، سنگی سدهاي اصالحی توري تجزیه و تحلیل اثرات،کرد، ارزیابی عمل :هاي کلیدي واژه

مقدمه

ساالنه شاهد وقوع سیل و هدررفت منابع آب و خاك در سطح کشور هستیم که براي جلوگیري از بخشی از آن هاي کنترل سیل، پر هزینه بوده و مستلزم طراحی جامع و حداث سازها. شود اقدام به اجراي اقدامات آبخیزداري می

هاي هاي اقتصادي و امکانات فنی الزم و وسعت زیاد حوزه به لحاظ هزینه). 1376نژاد، نجفی(باشد اجراي دقیق میخسروشاهی و ( اي از آبخیر هزینه کرد که بهترین نتیجه حاصل شود آبخیز باید اعتبارات اختصاص یافته را در نقطه

بر ها هایی بدون ارزیابی تاثیر درازمدت آن منظور مقابله با سیالب فعالیت از موارد بهدر بسیاري ). 1384ثقفیان، توان احتمال بروز سیالب و صورت طراحی و اجراي دقیق عملیات کنترل سیل میدر. شود وضعیت طبیعی انجام می

1 raoofmostafazadeh@yahoo.com

آبخیز مدیریتومهندسی مجله

84 1389، 2ره ، شما2جلد

هاي حالی است که عدم موفقیت در طرحاین در. هش دادقابل توجهی کامیزان سارات و اثرات نامطلوب سیل را بهخکنترل سیالب با توجه به ایجاد یک امنیت کاذب در محدوده تحت حمایت، سبب تشدید سیل و افزایش خسارت

). 1384تلوري، (گردد می تاخیر در جریان و باعث ایجاد،شوند ها احداث می که با هدف کاهش رسوب در آبراهه1احداث سدهاي اصالحی

سازي اثرات منظور شبیه هاي هیدرولوژي به از قابلیت مدلامروزه استفاده). 2001فائو، (گردند تقلیل سرعت آب نیز می). 2003 و همکاران، Roo(است خود گرفته اي به گیري نقش تعیین کننده صمیمیند تآهاي مدیریتی در فر فعالیت

ها در آبخیز تاثیر اقدامات آبخیزداري مکانیکی و بیولوژیکی بر کاهش دبی اوج سیالب، با هدف ارزیابی )1380(گو حقدرصد کاهش 47خیزي در آبخیز مذکور ، به این نتیجه رسید که سیلSCS 2غازمحله کردکوي استان گلستان با مدل

میانگین متحرك، منحنی هاي کمی منحنی جرم مضاعف، با استفاده از روش) 1383(صادقی و همکاران، . یافته استکرد اقدامات آبخیزداري انجام شده در زیرحوزه آبخیز کشار را مورد تداوم جریان و بررسی رژیم هیدرولوژیک، عمل

روشی را براي ) 1384(خسروشاهی و ثقفیان، . ارزیابی قرار دادند و تاثیر اقدامات انجام شده را مثبت ارزیابی نمودندها در سیل خروجی در هاي تولید سیل را با توجه به سهم آن خیز ارائه نمودند و کانون سیلبندي مکانی مناطق اولویت

. آبخیز دماوند مشخص نمودندسازي وضعیت قبل و بعد از اجراي اقدامات آبخیزداري آبخیز رامیان استان گلستان، ، با شبیه)1386(تاجیکی

ترین تاثیر را به دوره ی رودخانه را گزارش نمود و بیش درصدي دبی اوج و منظم شدن رژیم هیدرولوژیک45کاهش دره با هدف ارزیابی تاثیر عملیات آبخیزداري در آبخیز گالب) 1388(حبیب عربی و بنی. ساله نسبت داد10بازگشت

نتیجه گرفتند که اثر عملیات ،واسنجی و اعتباریابی مدل پس از HEC-HMS3در شمال تهران با استفاده از مدل این اثر کاهش بازگشت، هاي کم، قابل توجه بوده و با افزایش دوره بخیزداري روي هیدروگراف سیل در دوره بازگشتآ

یگردد و همچنین بیان نمودند که دبی اوج سیالب در تعدادي از واحدهاي هیدرولوژیک تر می بر روي سیالب، نازل Lammersen .شود شهري زیرحوضه، افزایش مشاهده میعلت افزایش سطح هها ب ه است و در برخی از آنتکاهش یاف

در هلند را 4راین هاي روندیابی عددي، تاثیر عملیات مهندسی در مسیر رودخانه ، با استفاده از مدل)2002(و همکاران هاي سازي کردند و نتایج آنان نشان داد که سازه ساله شبیه1250 و 500، 200هاي بر دبی اوج در دوره بازگشت

دبی اوج را به میزان 6هاي اصالحی مترمکعب در ثانیه شده است و سازه45 باعث کاهش دبی اوج به میزان 5تأخیري . اند مترمکعب در ثانیه افزایش داده243میانگین

ارزیابی ،HEC-HMS 7هاي اوج در آبخیز کن تهران را با مدل ، تاثیر سدهاي اصالحی بر دبی)2003(روشنی بر اساس . هاي آبخیز، تاثیر متفاوتی بر کاهش سیالب دارند هاي متفاوت تغییر شیب در آبراهه ت که گزینهنمود و دریاف

. درصد کاهش خواهد یافت31، دبی اوج ) سازه اصالحی563(ساعت میزان یک ایج وي، با افزایش زمان تمرکز بهنتGoff و Gentry) 2006 (د هاي فرضی بیان نمودن اي تاخیري در آبخیزه در تحقیقی با هدف بررسی اثر تجمعی سازه

یابد ولی ممکن است اثر عملیات اجرایی در کل آبخیز دست سازه اجرا شده کاهش می که بالفاصله دبی اوج در پاییناي در باالدست آبخیز سد ذخیرهسه سازه گابیونی و 140، در ارزیابی تاثیر )2007(شکوهی . مثبت ارزیابی نشود

منظور هاي شهري به اي در باالدست آبخیز هاي ذخیره ، دریافت که احداث سازهHEC-HMS، با مدل شهري بهبهانمنظور بهHEC-RAS 8 و HEC-HMSافزارهاي ، از نرم)2007( و همکاران Shieh. کنترل سیل مناسب است

کرد دامنه تایج روين. سازي جریان و بررسی اثر احداث چکدم، در آبخیز تسنگون تایوان استفاده کردند شبیه

1 Check dam 2 Soil Conservation Service 3 Hydrologic Engineering Center – Hydrologic Modeling System 4 Rhine 5 Retention measures 6 Training structures 7 Hydrologic Engineering Center – Hydrologic Modeling System 8 Hydrologic Engineering Center – River Analysis System

آبخیز مدیریتومهندسی مجله

85 1389، 2ره ، شما2جلد

)05.0(جفتی نشان داد که تاثیر احداث سازه بر خصوصیات جریان، در سطح و آزمون تی(RVA)1تغییرات ،هاي اصالحی بر مورفولوژي کانال در با هدف ارزیابی تاثیر سازه) 2007( و همکاران Castillo. دار بوده است معنیها ها نتیجه گرفتند که سازه با استفاده ار ترکیب مواد بستري و شکل مقطع عرضی آبراههدر اسپانیا Murciaایالت

.است گیري کاهش پیدا کرده هاي سرآب در اثر رسوب و شیب آبراهه اند باعث فرسایش در پایاب خود شدهید و فرسایش در این هاي شد قوع سیالب با توجه به اهمیت و لزوم اجراي عملیات آبخیزداري در استان گلستان و

گشاي اتخاذ تصمیمات بهتر در کاهش خسارات پدیده مخرب تواند راه کرد اقدامات اجرا شده می استان ارزیابی عملخیزي و احتمال بروز خسارات ناشی از پتانسیل باالي سیلتوان به از دالیل اهمیت انجام تحقیق می. سیالب باشد

هدف این تحقیق، ارزیابی .آباد در مجاورت خروجی آبخیز مورد مطالعه اشاره نمود سیالب به روستاهاي جعفرآباد و تقیهاي هیدرولوژیکی جریان رودخانه جعفرآباد در استان اي آبخیزداري اجرا شده بر مولفه کمی تاثیرات عملیات سازه

رواناب و روندیابی -سازي بارش در این راستا از شبیه. سازي هیدرولوژي و تحلیل آماري است گلستان با استفاده از مدلدر این تحقیق روند تغییر اثرات اقدامات آبخیزداري بر معیارهاي هیدرولوژیک با افزایش . جریان استفاده شده است

ارزیابی کمی اثرات عملیات آبخیزداري بر خصوصیات . دوره بازگشت سیالب نیز مورد بررسی قرار گرفته استتر و سازگارتر با شرایط آبخیر را فراهم هاي مناسب اجراي شیوه زمان و هزینه، زمینهجویی در هیدرولوژیک، ضمن صرفه

.ریزي و مدیریت آبخیز باشد تواند مورد استفاده محققان و مدیران اجرایی در برنامه نتایج تحقیق می. نماید می

ها مواد و روش کیلومتر مربع در 110رود با مساحتی در حدود نهاي گرگا جعفرآباد از زیرحوزهآبخیز : مشخصات آبخیز جعفرآباد

عرض 36˚ 52΄ تا36˚ 43΄ طول شرقی و48˚ 45΄ تا 48˚ 37΄ جغرافیایی ي محدوده کیلومتري شرق گرگان و در25میانگین دماي . شیب زیاد حوزه یکی از عوامل تشدید کننده سیالب در حوزه مورد مطالعه است. استشمالی واقع شده

پوشش گیاهی غالب آبخیز جنگلی بوده و خاك . متر است میلی566گراد، متوسط بارش درجه سانتی45/15ساالنه منظور کاهش به). 1380سازان رستاق، مهندسین مشاور نهر( است C و Bهاي هیدرولوژیک منطقه شامل گروه

، ) مترمکعب2000ریبی حجم تق( سد اصالحی 58اي شامل سازه رسوب حوزه، عملیات مکانیکی کنترلخیزي و سیل تا یک سدهاي اصالحی از نوع گابیونی و بتونی با ارتفاع مفید .است در عرصه احداث شده 1382 و 1381هاي در سال

سازمان جهاد کشاورزي استان گلستان،(باشند متر بوده و داراي ابعادي متفاوت و متناسب با ابعاد آبراهه میدوهاي احداثی در شبکه زهکشی آبخیز نمایش داده شده لوژیک و موقعیت سازه واحدهاي هیدرو1 شکل در).1383

هاي احداثی، اقدامات انجام شده از لحاظ فنی و اجرایی شایان ذکر است که با توجه به عدم تخریب اغلب سازه. است .شود مطلوب ارزیابی می

روش تحقیق

در . ها استخراج گردید لوژیکی آبخیز تعیین و شبکه آبراهه مرز هیدرو25000/1هاي رقومی ابتدا با استفاده از نقشهبا توجه به وضعیت . تهیه شد 2 متر و مدل ارتفاعی رقومی20 خطوط تراز با فواصل ArcGIS 9.1محیط نرم افزار

، آبخیز مورد )2007شکوهی، (سازي هیدرولوژي منظور افزایش دقت در مدل هاي احداثی و به ی و موقعیت سازهزهکشنیاز انجام تحقیق شامل شیب متوسط وزنی، در ادامه پارامترهاي مورد . واحد هیدرولوژیک تقسیم شد20العه به مط

.طول آبراهه و سایر پارامترهاي مورد نیاز در هر یک از واحدهاي هیدرولوژیک، محاسبه گردیدي اصالحی با استفاده از آزمون ها مقایسه پارامترهاي هیدرولوژیکی جریان در زمان قبل و بعد از احداث سازه

ها شامل ارتفاع هاي میدانی، مشخصات دقیق سازه در پیمایش). 2007 و همکاران، Shieh(جفتی صورت گرفت تی

1 Range of Variability Approach 2 Digital Elevation Model

آبخیز مدیریتومهندسی مجله

86 1389، 2ره ، شما2جلد

ها برداشت شد و همچنین موقعیت گیري، ابعاد سرریز و وضعیت تخریب یا عدم تخریب سازه مفید، طول رسوب . ثبت گردید1(GPS)جهانی ها با سیستم موقعیت یاب جغرافیایی آن

عنوان ههاي روندیابی روي نقشه توپوگرافی، در عملیات میدانی، در هر بازه یک مقطع ب پس از تعیین محل بازههاي طولی و جانبی، شکل و ضریب زبري مانینگ برداشت معرف انتخاب گردید و مشخصات هندسی شامل شیب

، استفاده شده است که خصوصیاتی مانند Cowan، 1956ش براي تعیین ضریب زبري رودخانه، از رو. گردیدنواختی مسیر جریان، فاکتور زبري سطح، تغییرات شکل و مقطع عرضی، وجود موانع، پوشش گیاهی مسیر آبراهه و یک

ي در روش ماسکینگام کانج برا) x و k(در مرحله بعد ضرایب روندیابی رودخانه . دهد انحناي رودخانه را مدنظر قرار می .تعیین روند سیل محاسبه و وارد مدل گردید

بازه روندیابی، با پنج واحد هیدرولوژیک و 20پس از تعیین : اي کنترل سیالب سازي اثرات عملیات سازه مدل تهیه و HEC-HMS (version 3.0.1)افزار حوزه در نرم اجزاء زیرحوزه، بازه، اتصال، مخزن و خروجی، مدل

با . ها وارد مدل گردید مساحت براي روندیابی جریان در سازه-هاي ارتفاع لوژیک و منحنیمشخصات واحدهاي هیدروهاي هیدرولوژیک، شرایط هیدرولوژیک و رطوبت پیشین خاك، شماره منحنی توجه به نقشه کاربري اراضی و گروه

ها روش ب در زیرحوزهبراي تبدیل بارش به روانا). Wanielista ،1997(وزنی واحدهاي هیدرولوژیک تعیین شد SCS که براي محاسبه زمان تاخیر ) 1384خسروشاهی و ثقفیان، ( انتخاب شدlagt در هر واحد هیدرولوژیک از

. استفاده گردید) 1رابطه (

5.0

7.08.0

.190091000587.2

YCNLtlag

)1(

هستند) درصد( شیب متوسط وزنی حوزه Y شماره منحنی، CN، )متر(اصلی طول آبراهه Lآن، که در )USACE ،2001 .(دادهاي بارش و دادهاي مناسب، روي پس از بررسی آمار هیدرومتري و هواشناسی و انتخاب روي

براي واسنجی استفاده شد و ) داد روي12(به دو دسته تقسیم شدند که از دسته اول ) رویداد22(جود سیل متناظر موباران و توزیع مکانی رگبارها با روش منحنی هم. منظور اعتبارسنجی مدل در نظر گرفته شد به) داد روي10(دسته دوم

ترین ایستگاه واقع در نزدیکی آبخیز عنوان نزدیک آباد به نگار ایستگاه ثبات فاضل ها از کاغذهاي باران توزیع زمانی آن. آباد در خروجی آبخیز مورد مطالعه استخراج گردید هاي سیالب هم از آمار ایستگاه هیدرومتري تقی داده. استخراج شد

هاي همچنین در بخش مشخصه. با توجه به مطالب فوق در بخش مدل هواشناسی نیز اطالعات مورد نیاز وارد گردید -سطح (2 اصالح شدهPulروش . سازي براي هر رگبار مشخص گردید یند شبیهآوع و پایان فرکنترلی مدل، اطالعات شر

دخانه در بخش پایین دست آبخیز هاي رو ها و بازه ترتیب براي روندیابی جریان در چکدم و ماسکینگام کانج، به) مخزن سیل داد بارش و روي12مدل تهیه شده براي . )USACE ،2001 ؛2007 و همکاران، Shieh(شد کار گرفته به

ها و ابعاد هیدروگراف سیل یارآباد اجرا شد و با توجه به اهمیت تمامی مع متناظر دسته اول در ایستگاه هیدرومتري تقی و مجموع مربعات )2معادله (3ها مانده مطلق باقی قدر مجموع داد مورد اشاره توابع هدف روي12منظور مقایسه، در به

ذکر است که با الزم به. ع واسنجی مدل صورت گرفتانتخاب شدند و با حداقل نمودن این تواب) 3معادله (4ها مانده باقیانتخاب توابع هدف مذکور عالوه بر در نظر گرفتن خطاهاي برآورد مثبت و منفی، سایر توابع هدف مانند تابع هدف دبی

. ر قرار خواهند گرفتاوج و حجم سیالب نیز مد نظ

QN

iSO tqtqZ

11 )2(

1 Global Positioning System 2 Modified Pul ’s method 3 Sum absolute residual 4 Sum squared residual

آبخیز مدیریتومهندسی مجله

87 1389، 2ره ، شما2جلد

2

1

2

QN

iSO tqtqZ )3(

هاي نظیر در مقادیر جریان محاسباتی و مشاهداتی، تعداد دادهQN مقدار تابع هدف، 2Z و 1Zکه در آن، tqO ،مقادیر دبی مشاهداتی براي هر زمان مشخص tqSسازي شده براي هر زمان مشخص مقادیر دبی شبیهبا توجه به نتایج حاصله، دو پارامتر زمان تأخیر و شماره منحنی در شرایط قبل از اجراي اقدامات آبخیزداري . باشد می

.است ارائه شده 1براي هر زیرحوزه بهینه شدند که نتایج در جدول سازي یی مدل هیدرولوژي در شبیهآکار. عتبارسنجی گردید دسته دوم ا رویداد10مدل واسنجی شده با

، )4معادله (1 ساتکلیف-هیدروگراف سیل در هر یک از دو مرحله واسنجی و اعتبارسنجی، با استفاده از معیارهاي ناش 4سازي ، ضریب واریانس شبیه)6معادله (3، درصد خطا در دبی اوج)4معادله ( مدل در برآورد حجم جریان 2اریبی

ارائه 2، مورد ارزیابی قرار گرفت که نتایج در جدول )8معادله (5هاي باال سازي دبی یی مدل در شبیهآ، و کار)7معادله ( ). Bahremand ،2006(شده است

n

iOOi

n

iOiSiNS QQQQC

1

2

1

21 )4(

111

n

iOi

n

iSi QQBias )5(

peakQpeakQpeakQRE OOSQP 100% )6(

n

iOOi

n

iOSi QQQQSV

1

2

1

2 )7(

n

iOOiOOi

n

iOiSiOOi QQQQQQQQME

1

2

1

21 )8(

تعداد n مقدار دبی متوسط مشاهداتی وOQشده و مشاهداتی هستند و سازي مقادیرشبیهOiQ وSiQ،ها که در آندهنده ، مقدار عددي یک نشانهاي باال سازي دبی یی مدل در شبیهآ ساتکلیف و کار-در معیار ناش. شدبا مشاهدات می

که هر چه میزان خطاي نسبی در دبی اوج، در صورتی. زي شده و مشاهداتی استسا تطابق کامل هیدروگراف شبیه ). Bahremand ،2006(یی مدل باالتر خواهد بود آتر باشد کار حجم جریان و ضریب واریانس، کم

ي آن رگبار بارش و خروجی آن جریان سیالب باشد، الزم عنوان یک سیستم که ورود با در نظر گرفتن آبخیز بهسان هاي سیستم در مقابل رگبارهاي یک است براي ارزیابی تغییراتی که در داخل سیستم رخ داده شده است، پاسخ

براي مقایسه وضعیت هیدرولوژیک دو بازه زمانی قبل و بعد از احداث ). 1388حبیب، عربی و بنی(شود سنجیده هاي اقدام به محاسبه ارتفاع بارش طرح با دوره بازگشت) 10 و 9رابطه (، )1371(، با استفاده از رابطه وزیري ها سازه

. متفاوت با تداوم برابر با زمان تمرکز حوزه گردید maxmax1964.03352.11,10 PdPdLnhyP )9( hyPTTrLnP 1,100197.10158.04112.02251.04847.0 3753.0 )10(

)1,10(ساعته، 24متوسط حداکثر بارندگی maxPd ،ها که در آن hyPساله، 10ساعته در دوره بازگشت بارندگی یکTr ،دوره بازگشت Pارتفاع بارندگی در تداومTساعت و دوره بازگشت معین Trوزیري، (متر است سال به میلی

آباد استفاده شد و الگوي پراکنش مکانی بارش از براي تعیین الگوي پراکنش زمانی از آمار بارش ایستگاه فاضل). 1371

1 Nash-Sutcliffe coefficient (CNS) 2 Bias 3 Percent error in peak (REQP) 4 Simulation variance (SV) 5 Model efficiency for high flows (ME)

آبخیز مدیریتومهندسی مجله

88 1389، 2ره ، شما2جلد

قبل و بعد هیدرولوژیک آبخیز در دو وضعیترفتارشده با استفاده از مدل واسنجی. دست آمد هباران ب روش خطوط هم .سازي گردید ساله سیالب طرح، شبیه100 تا دوهاي در دوره بازگشتها از احداث سازه

هاي اجرا شده در آبخیز، معیارهاي دبی اوج سیل، تأخیر منظور ارزیابی اثرات هیدرولوژیک سازه به: معیارهاي ارزیابی و Tetzlaff؛ 2007شکوهی، (ن پایه هیدروگراف سیل و حجم سیل انتخاب شدند ، زما)افزایش زمان تا اوج(سیل

سازي شده در هر هاي شبیه پس از تعیین معیارهاي ارزیابی، مقادیر این معیارها بر اساس هیدروگراف). 2005همکاران، .هاي مختلف محاسبه گردید ها در دوره بازگشت دو بازه زمانی قبل و بعد از احداث سازه

و بحثنتایج

درصد 95داري در سطح اطمینان جفتی نشان داد که تفاوت معنی نتایج مقایسه با استفاده از آزمون تی: مقایسه آماري 05.0 در دو )دبی اوج، زمان تا اوج، زمان پایه هیدروگراف و حجم سیالب(، در پارامترهاي هیدروگراف جریان ،

.هاي کنترل سیل در آبخیز جعفرآباد وجود ندارد د از احداث سازه زمانی قبل و بع بازه) 1رابطه (SCS رابطهطور که اشاره شد با استفاده از اطالعات کاربري اراضی و همان: سازي هیدرولوژي شبیه

بع هدف ترتیب مقادیر شماره منحنی وزنی و زمان تاخیر در هر واحد هیدرولوژیک محاسبه شد و با استفاده از توا به .است ارائه شده 1سازي پارامترهاي مذکور در جدول دند که نتایج مربوط به بهینهشدیر واسنجی انتخاب شده این مقا

آباد مقادیر اولیه و بهینه شده پارامترهاي شماره منحنی و زمان تأخیر در ایستگاه هیدرومتري تقی-1جدول

شماره منحنیزمان تأخیر

)یقهدق( شماره منحنی

زمان تأخیر واحد )دقیقه(

هیدرولوژیک اولیه

بهینه اولیه شده

بهینه شده

واحد هیدرولوژیک

اولیهبهینه

اولیه شدهبهینه

شده 97 100 37/37 34 2زیرحوزه 5/271 260 64/47 4/44 1حوزه میان 9/100 97 59/37 9/33 3زیرحوزه 8/40 43 91/37 8/36 2حوزه میان 7/64 64 37/37 3/36 4زیرحوزه 6/48 51 99/36 5/35 3حوزه میان 1/40 41 07/37 34 5زیرحوزه 5/37 36 19/37 9/33 4حوزه میان 6/30 32 51/37 1/34 6زیرحوزه 2/38 37 48/37 9/33 5حوزه میان 8/27 27 67/36 2/34 7زیرحوزه 7/40 42 67/37 2/36 6حوزه میان 1/46 39 26/37 34 8زیرحوزه 58 61 6/37 9/35 7حوزه میان 7/125 121 61/37 9/33 9زیرحوزه 1/67 69 43/40 2/39 8حوزه میان 6/49 51 64/37 9/33 10زیرحوزه 5/57 59 94/46 8/43 9حوزه میان

3/41 42 64/39 5/38 11زیرحوزه 1/222 213 12/41 9/39 1زیرحوزه

هاي جریان هاي محاسباتی و مشاهداتی هیدروگراف ازي جریان، پراکنش دبیس یی مدل در شبیهآمنظور نمایش بهتر کار به

ابر نقاط ارائه شده . ارائه شده است3 و 2شکال درصد در ا95در دو مرحله واسنجی و اعتبارسنجی با حدود اطمینان در سطح هاي زمانی دوساعته در ل در بازهشده توسط مد سازي هاي مشاهداتی و شبیه هاي متناظر هیدروگراف دبی3 و 2هاي در شکل

. باشد مراحل واسنجی و اعتبارسنجی مدل هیدرولوژي میهاي کارایی مدل در دو مرحله واسنجی و اعتبارسنجی مدل مقادیر میانگین شاخص: یی مدل هیدرولوژيآارزیابی کار

HEC-HMSپراکنش مقادیر دبی 1میبا مقایسه چش . ارائه شده است2آباد در جدول در ایستگاه هیدرومتري تقی توان گفت که مدل هاي کارایی می و نیز مقادیر شاخص3 و 2سازي شده و مشاهداتی در شکل هاي شبیه هیدروگراف

4در شکل . نماید سازي می هاي سیالب در آبخیز را شبیه مورد استفاده با دقت نسبتاً مناسبی ابعاد هیدروگراف

1 Visual comparison

آبخیز مدیریتومهندسی مجله

89 1389، 2ره ، شما2جلد

هاي مختلف در دو بازه زمانی قبل و بعد از اجراي عملیات آبخیزداري در شتهیدروگراف سیالب طرح با دوره بازگ .است آبخیز جعفرآباد ارائه شده

Line 1:1

0.1

1

10

100

0.1 1 10 100دبی مشاهداتی (متر مکعب در ثانیه)

ــه) ثانی

درعب

مک(متر

ده شــ

زي سا

شبیهبی

د

) درصد95حدود اطمینان (ساعته هاي زمانی دو سنجی در بازهشده در مرحله وا سازي دبی مشاهداتی و شبیه-2شکل

Line 1:1

0.1

1

10

100

0.1 1 10 100دبی مشاهداتی (متر مکعب در ثانیه)

ــه) ثانی

درعب

مک(متر

ده شــ

زي سا

شبیهبی

د

) درصد95حدود اطمینان (ساعته هاي زمانی دو ارسنجی در بازهاعتبسازي شده در مرحله دبی مشاهداتی و شبیه-3شکل

آبخیز مدیریتومهندسی مجله

90 1389، 2ره ، شما2جلد

آباد یی مدل هیدرولوژي در مرحله واسنجی و اعتبارسنجی در ایستگاه هیدرومتري تقیآهاي کار مقادیر شاخص-2جدول اعتبارسنجی واسنجی ییآشاخص کار 789/0 674/0 ساتکلیف-ضریب ناش

-206/0 -31/0 اریبی مدل در برآورد حجم جریان 935/14 631/20 درصد خطا در دبی اوج

108/1 11/1 سازي ضریب واریانس شبیه 795/0 55/0 هاي باال سازي دبی یی مدل در شبیهآکار

)يا از عملیات سازهبعد B قبل و A(هاي مختلف سازي شده با دوره بازگشت هیدروگراف سیل شبیه -4شکل

015304560

0 5 10 15 20زمان (ساعت)

یه ) ثان

درعب

مکمتر

ی (دب

Tr=100 (A) Tr=100 (B)

(و)

0

15

30

45

0 5 10 15 20زمان (ساعت)

یه ) ثان

درعب

مکمتر

ی (دب

Tr=50 (A) Tr=50 (B)

(ه)

0

12

24

36

0 5 10 15زمان (ساعت)

یه ) ثان

درعب

مکمتر

ی (دب

Tr=25 (A) Tr=25 (B)

(د)

07

142128

0 5 10 15زمان (ساعت)

یه ) ثان

درعب

مکمتر

ی (دب

Tr=10 (A) Tr=10 (B)

(ج)

05

101520

0 5 10 15زمان (ساعت)

یه ) ثان

درعب

مکمتر

ی (دب

Tr=5 (A) Tr=5 (B)

(ب)

0

2

4

6

0 5 10 15 20زمان (ساعت)

یه ) ثان

درب

مکعتر

(مدبی

Tr=2 (A) Tr=2 (B)

(الف)

آبخیز مدیریتومهندسی مجله

91 1389، 2ره ، شما2جلد

ها در سازي شده دبی اوج، تأخیر سیل، زمان پایه و حجم سیل، در شرایط قبل و بعد از احداث سازه مقادیر شبیه3در جدول توان هاي مختلف می از مقایسه مقادیر معیارهاي ارزیابی در دو وضعیت در دوره بازگشت .است آبخیز جعفرآباد ارائه شده

زدراي اجرا شده بر معیار دبی اوج بیشتر از سایر معیارها بوده و این تاثیر در مورد استنباط کرد که تاثیر عملیات آبخی .معیارهاي تاخیر سیل، زمان پایه و حجم سیالب ناچیز بوده است

هاي مختلف مقادیر معیارهاي هیدرولوژیک ارزیابی در دو بازه ارزیابی اقدامات آبخیزداري با دوره بازگشت -3جدول

دوره بازگشت وضعیت )سال(

دبی اوج )مترمکعب درثانیه(

تأخیر سیل )ساعت(

زمان پایه سیل )ساعت(

حجم سیل )هزار متر مکعب(

6/136 20 75/4 5/5 قبل از عملیات2

6/135 5/20 5 4/5 بعد از عملیات 8/268 18 4 5/18 قبل از عملیات

5 9/261 75/18 5/4 7/17 بعد از عملیات 371 25/19 4 1/27 قبل از عملیات

10 3/370 5/19 5/4 5/25 بعد از عملیات 6/535 25/20 5/4 2/40 قبل از عملیات

25 5/535 5/20 4 6/36 بعد از عملیات 675 75/20 4 3/51 قبل از عملیات

50 8/674 21 5/4 8/45 بعد از ي عملیات 828 21 25/4 7/63 قبل از عملیات

100 827 25/21 5/4 2/56 بعد از عملیات

العمل هیدرولوژیک آبخیز جعفرآباد در دو بازه قبل و بعد از ، عکس2-2بر اساس روش کار ذکر شده در بخش

در این تحقیق مقادیر ضرایب . است سازي شده شبیهHEC-HMSاجراي عملیات آبخیزداري با مدل هیدرولوژي درصد معیار 78 و 67عنوان مثال مقدار عددي به(سازي یهز نتایج قابل قبول شب حاکی ا2یی ذکر شده در جدول آکار و Shieh(، )2007شکوهی، (، )2003 ،روشنی(سازي مدل مذکور در تحقیقات نتایج شبیه. است) ساتکلیف-نش

آل در این ساتکلیف نسبت به مقدار ایده-پایین بودن نسبی ضریب ناش. بخش بوده است نیز رضایت) 2007، همکاران .هاي مشاهداتی نسبت داد سازي شده و هیدروگراف هاي شبیه توان به اختالف فاز زمانی میان هیدروگراف ا میمطالعه ر

در بخش SCSتوان آن را با عدم دقت در تعیین شماره منحنی و برآورد زمان تاخیر در روش عبارت دیگر می بهدهد که انجام نشان می3 و جدول 2یان در شکل سازي جر نتایج شبیه. مدل مرتبط دانست محاسبه پارامترهاي ورودي

است و این تاثیر در تمامی معیارهاي عملیات آبخیزداري تاثیر چندانی بر بهبود وضعیت هیدرولوژیک آبخیز نداشتهها در کاهش شیب آبراهه و افزایش زمان بر اساس نتایج این تحقیق، سازه. درصد بوده است5/1تر از مورد بررسی کم

، ولی این تاثیر با )2007 و همکاران، Castillo؛ 2003روشنی، (اند وج سیل اثر داشتهدنبال آن کاهش ا هز و بتمرکیکی از دالیل تاثیر ناچیز هیدرولوژیک عملیات اجرا شده در آبخیز . توجه به نتایج مقایسه آماري قابل مالحظه نیست

هاي احداث شده در واحدهاي هیدرولوژیک نزدیک به سازهتر توان به حجم عملیات و تعداد بیش جعفرآباد را میهم منطقه را تأخیر انداخته و با به، که سیالب بخش شرقی )1 در شکل IB6 و IB1 ،IB9(خروجی نسبت داد

تري از خروجی دارند در مجموع باعث کاهش تاثیر هاي باالدست و غرب حوزه که فاصله بیش پیوستن رواناب بخشاین در حالی است که چون زمان . گردند هاي هیدروگراف سیالب می داري مکانیکی انجام شده بر معیارعملیات آبخیز

بر اساس . شد اي احداث می ها سازه نباید در این بخش،تر است عبور آب تا خروجی در واحدهاي هیدرولوژیک مذکور کمیابد و در مورد دو ش دوره بازگشت، کاهش میها بر حجم سیالب با افزای درصد تاثیر سازه) 3جدول (نتایج تحقیق

ترین تاثیر در دوره هر چند در مورد زمان پایه بیش،کند معیار زمان تا اوج و زمان پایه از روند خاصی تبعیت نمیش توان گفت که با افزای با در نظر گرفتن درصد تاثیر عملیات بر معیارهاي ارزیابی می.شود هاي پایین مشاهده می بازگشت

آبخیز مدیریتومهندسی مجله

92 1389، 2ره ، شما2جلد

هاي پایین ترین تاثیر در دوره بازگشت ها بر کاهش دبی اوج کاهش یافته است و بیش دوره بازگشت، میزان تاثیر سازهنتایج این تحقیق در خصوص کاهش تاثیر عملیات آبخیزداري بر هیدروگراف سیل با افزایش . بوده است) ساله25 تا 2(

مبنی بر گزارش ) 1386(همچنین نتایج تاجیکی . سو است م ه1388حبیب، دوره بازگشت با نتایج عربی و بنید یمو) ساله10(هاي پایین خیزي آبخیز رامیان در دوره بازگشت ترین تاثیر عملیات آبخیزداري در کاهش سیل بیش

توان گفت که در آبخیز جعفرآباد برآیند اثر عملیات اجرایی در کل آبخیز مثبت ارزیابی می. نتایج تحقیق حاضر استترین توجه صورت گیرد تا از اثرات منفی تغییرات نامناسب ها بیش توان نتیجه گرفت که در جایابی سازه بنابراین می.شود نمی

با توجه به اثر نامحسوس . عمل آید ههاي نزدیک به خروجی آبخیز جلوگیري ب هاي پیک در بخش زمان تمرکز و تالقی دبیها مسکن و گونه فعالیت این. تواند راه حل تصور گردد ج، صرفا عملیات مکانیکی نمیها روي حجم جریان و حتی دبی او سازه

ارزیابی انجام . شوند ساز استقرار پوشش تلقی می هاي بیولوژیک توام شوند و در واقع زمینه گردد و باید با فعالیت موقتی تلقی میدهی آبخیز و توان با بررسی اثر اقدامات انجام شده بر رسوب یشده فقط از دیدگاه هیدرولوژیک انجام شده است و در این راستا م

.توان قضاوت بهتري از تاثیر عملیات ارائه نمود میمشخص نمودن نقاط قوت و ضعف طرح

منابع مورد استفادهنامه کارشناسی پایان). امیان حوزه آبخیز ر:مطالعه موردي( دهی خیزي و رسوب ارزیابی تاثیر اقدامات ابخیزداري بر سیل. 1386. تاجیکی، م .1

. فحه ص138 ،لوم کشاورزي و منابع طبیعی گرگان دانشگاه ع،ارشد آبخیزداري . درسی دانشگاه علوم کشاورزي و منابع طبیعی گرگانجزوه. اصول مقدماتی مهار سیالب و کاهش خسارت آن. 1384. تلوري، ع .2 ،جهاد کشاورزي استان گلستان . آبخیزداري انجام شده در آبخیزهاي استان گلستانهاي کتابچه طرح. 1385. جهاد کشاورزي استان گلستان .3

.فحه ص62). رودخانه غازمحله کردکوي:مطالعه موردي(ارزیابی تاثیر اقدامات آبخیزداري بر خصوصیات هیدرولوژیکی رودخانه . 1380. گو، ك حق .4

. فحه ص69 ،رزي و منابع طبیعی گرگانلوم کشاو دانشگاه ع،نامه کارشناسی ارشد آبخیزداري پایانهاي اجرایی مهار و کنترل سیل در حوزهکاري براي عملیات راه،خیز بندي مکانی مناطق سیل اولویت. 1384. ثقفیان.ب و .خسروشاهی، م .5

. 128-138 ، صفحات2 مجله علوم کشاورزي ومنابع طبیعی گرگان، شماره .. HEC-HMSآبخیز با استفاده از مدل 216). جلد اول و دوم(گزارش نهایی مطالعات پایه و اجرایی حوزه آبخیز جعفرآباد گرگان، . 1380 .کت مهندسین مشاور نهرسازان رستاقشر .6

.فحهص). زیرحوزه آبخیز کشار: مطالعه موردي(کرد اقدامات آبخیزداري ارزیابی کمی عمل. 1383. رضایی. و م فروتن. ا شریفی،.، فر.ح.صادقی، س .7

. 96-102فحه ، ص65 مارهجله پژوهش و سازندگی، شملوم کشاورزي و منابع دانشگاه ع. مجموعه مقاالت پنجمین همایش ملی علوم و مهندسی آبخیزداري ایران. 1388. حبیب بنی. ا.و م. عربی، آ .8

. 1416-1430ه صفح،طبیعی گرگان ،لوم کشاورزي و منابع طبیعی گرگانانتشارات دانشگاه ع). هاي آبخیز ریزي حوزه مطالعات و برنامه(ماي آبخیزداري راهن. 1376. نژاد، ع نجفی .9

.فحه ص260 .فحه ص28 ،شی دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسیطرح پژوه. مدت در ایران هاي کوتاه اي بارندگی تعیین روابط منطقه. 1371 .وزیري، ف .10

11. Bahremand, A. 2006. Simulation of the effects of reforestation on floods using spatially distributed hydrologic modeling and GIS. Ph.D Thesis, Vrije Universiteit Brussel, Belgium, 122p.

12. Castillo, V.M., W.M. Mosch, C. ConesaGarcia, G.G. Barbera, J.A. NavarroCano and F. Lopez-Bermudez. 2007. Effectiveness and geomorphological impacts of check dams for soil erosion control in a semiarid Mediterranean catchment: El Carcavo (Murcia, Spain), Catena, 16:57-69.

13. Cowan. 1956. Estimating hydraulic roughness coefficients. Agricultural Engineering, 37:437-475. 14. FAO. 2001. Small dams and weirs in earth and gabion materials. Food and Agriculture Organization

of the United Nations, Land and Water Development Division, 171p. 15. Goff, K.M. and R.W. Gentry. 2006. The Influence of watershed and development characteristics on

the cumulative impacts of stormwater detention ponds. Journal of Water Resources Management, 20:829–860

16. Lammersen, R., H. Engel, W.V.D. Langemheen and H. Buiteveld. 2002. Impact of river training and retention measures on flood peaks along the Rhine. Journal of Hydrology, 267:115–124.

17. Roo, A.D., G. Schmuck, V. Perdigao, and J. Thielen. 2003. The influence of historic land use changes and future planned land use scenarios on floods in the der catchment. Physics and Chemistry of the Earth, 28:1291–1300.

18. Roshani, R. 2003. Evaluating the effect of check dams on flood peaks to optimise the flood control

آبخیز مدیریتومهندسی مجله

93 1389، 2ره ، شما2جلد

measures (Kan Case study in Iran). M.Sc Thesis in watershed and environmental management. International Institute for Geo Information Science and Earth Observation Enschede, the Netherlands. 43p.

19. Shieh, Ch.L., Y.R. Guh and Sh.O. Wang. 2007. The application of range of variability approach to the assessment of a check dam on riverine habitat alteration. Journal of Environmental Geology, 52:427–435.

20. Shokoohi, A.R. 2007. Assessment of urban basin flood control measures using hydrogis tools. Journal of Applied Science, 7(13):1726-1733.

21. Tetzlaff, D., M. Grottker and Ch. Leibundgut. 2005. Hydrological criteria to assess changes of flow dynamic in urban impacted catchments. Physics and Chemistry of the Earth, 30:426–431.

22. US Army Corps of Engineers. 2001. Hydrologic Engineering Center Hydrologic Modeling System (HEC-HMS). Technical Reference Manual, CA, 187p.

23. Wanielista, M.P. 1997. Hydrology water quantity and water quality control. University of Central Florida, 565p.